空间复杂焊缝焊接机器人设计及其控制系统研究

摘要

随着21世纪制造业的高速发展,焊接生产的自动化已是必然趋势,它不仅可以大大提高焊接效率,更重要的是可以确保焊接质量,改善操作环境。现代焊接加工正在向着机械化、自动化、智能化的方向发展,采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。
　　 本文针对卫浴行业不锈钢管件的焊接特点,设计能够适用于各种空间复杂曲线焊缝的直角坐标型与关节型相结合的自动焊接机器人,采用示教/再现的工作模式,使其具有较好的通用性,同时又具有专用焊机的高效率,主要内容如下:
　　 第一章,对焊接自动化技术及其发展现状和发展方向进行阐述,在此基础上,提出了本文的主要研究内容和关键技术。
　　 第二章,根据焊接机器人的设计要求,将焊接机器人结构划分为以直角坐标型结构作为位置机构和以关节型结构作为姿态机构两部分进行分析与计算,这种结构方案既结合了直角坐标式结构和关节式结构各自的优点,又互补了各自的缺点。并根据经济型焊接设备的要求,为位置机构提出一种新的高性价比的驱动方案:直流无刷电机+磁栅尺的伺服控制系统。同时,研究了焊接工艺参数的反馈控制,介绍了一种简便的功率反馈闭环控制机构。最后用Solid Works软件对整个焊接机器人的三维模型进行虚拟装配。
　　 第三章,首先,运用D-H法建立焊接机器人的运动学方程,利用其姿态机构手腕姿态的变化引起的空间位置的变化与位置机构的映射关系,运用解析法求出其运动学逆解,此方法不仅不需要进行大量矩阵逆运算,而且简单、直接、高效。其次,结合弧焊机器人焊接的特点,进行了焊缝轨迹规划的研究。
　　 第四章,首先,采用虚拟样机技术,运用ADAMS软件进行焊缝轨迹的运动学仿真分析;其次,对位置机构伺服控制进行控制系统原理与算法研究,利用ADAMS和MATLAB软件对构建的伺服控制系统进行动力学联合仿真分析。
　　 第五章,根据焊接机器人的系统组成,设计了运动控制系统的硬件系统和软件系统。
　　 第六章,对全文的研究工作进行总结。阐述了主要研究结论,并对课题的后续研究提出了展望。